什么是SR-TP隧道？
SR-TP（Segment Routing Transport Profile，面向传送的分段路由技术）技术是使用SR协议作为控制协议的一种TP隧道技术，可在隧道源节点通过一系列表征拓扑路径的Segment段信息来指示隧道转发路径。相比于传统隧道技术，SR隧道不需要在中间节点上维护隧道路径状态信息，提升隧道路径调整的灵活性和网络可编程能力。
SR-TP隧道是如何产生的？
SR-TP隧道和SR-BE（Segment Routing-Best Effort，尽力而为的分段路由技术）隧道是SPN使用的两种主流隧道，SR-TP隧道可以通过控制器在源节点配置标签栈来指定后面的路由，且可以通过控制器自动实现下发，无需手工配置，更能适应5G时代的大带宽、低时延、高可靠的需求。那么SR-TP中的SR和TP又是如何产生的呢？
SDH向PTN演进
随着数据业务的迅猛发展以及网络All IP化的需求，基于SDH的多业务传输网已难以适应数据业务的突发性和灵活性，而传统的IP网络，由于其难以严格保证重要业务的质量和性能，不适用做电信级承载。因此，新一代传输技术应运而生，强调分组管理数据传输，从支持语音为主，变成支持数据和多媒体为主，逐渐进入了IP承载时代。PTN就是以ATM/以太网技术为基础，IP/MPLS（Multi-Protocol Label Switching，多协议标签交换）、以太网和传送网三种技术相结合的产物。一方面，人们希望PTN可以真正有效地实现分组业务的传送。另一方面，希望PTN继承传统传送网络的高可靠性、易操作、维护、管理等特性。要实现上述功能，PTN面临的核心问题有两个：一是构建的业务路径如果出问题了，如何检测；另外一个就是故障检测后的业务倒换或者说保护技术。传统IP网络和传输网络中的解决方案如下：
- IP网络中，通过BFD（Bidirectional Forwarding Detection，双向转发检测）技术检测故障，FRR（Fast reroute，快速重路由）技术来做业务路径倒换。
- SDH中业务路径的故障检测通常是通过OAM（Operation Administration and Maintenance，操作维护管理）技术实现，故障倒换则是APS保护（Automatic Protection Switching，自动保护倒换）技术，而且这两种技术可以通过硬件来实现，工作时不占用设备本身的转发资源。
现在要解决的就是，用IP化的PTN设备传输数据，但是故障检测和保护需要用SDH的OAM和APS技术。为此，ITU-T和IETF两大标准组织成立了联合工作组——JWT（Joint Working Team），共同制定新的分组传输标准即MPLS-TP（Multiprotocol Label Switching-Transport Profile，多协议标签交换–传送子集），就是带有传输特性的MPLS技术标准。这其实就是TP两个字母的来源，传输协议特性。
PTN向SPN演进
5G时代，一张网络承载千行百业，多行业业务对网络的差异化要求严格，网络需要端到端的切片来保障业务的差异化承载。中国移动联合华为在融合了分组、承载、光层等技术之后，提出了基于以太网内核的新一代融合承载网络架构——SPN（Slicing Packet Network，切片分组网）。SPN基于以太网传输架构，继承了PTN传输方案的功能特性，并在此基础上进行了增强和创新。SPN网络基于ITU-T网络模型对网络架构进行分层建模，分为切片分组层、切片通道层和切片传送层。其中SR-TP在切片分组层，实现分组业务的分层承载、OAM检测和保护能力。
SPN网络架构模型
前面说完了TP，再来看看SR，受SDN（Software-defined Networking，软件定义网络）思潮影响，产生Segment Routing技术，简称SR。与传统IP/MPLS最大的区别在于它是基于源路由的标签转发机制，SR对网络路径进行分段（Segment，段），并且为这些段和网络节点分配SID（Segment ID，段ID）。通过对SID进行有序排列（Segment List，SID列表），就可以在源节点得到一条转发路径。SR技术在转发层面可以采用MPLS标签的方式实现，分成两种隧道，SR-BE和SR-TE，分别用于承载东西向流量和南北向流量。
- SR-BE，SR的最短路径型隧道。通过IGP扩展，主要是IS-IS扩展来实现，部署简单，容易实现ECMP（Equal Cost Multiple Path，等价负载分担）。
- SR-TE，SR的流量工程型隧道。由SDN控制器收集全网拓扑数据库，并站在全局视角计算隧道的转发路径，计算完成后将与路径严格对应的标签栈下发给源结点的设备，后续节点只需通过栈顶标签转发即可，网络中间设备不感知隧道，也不需要维护隧道状态。
与此同时，PTN网络也向SPN演进，为了在SPN网络中能继承传统PTN的部署和维护体验，MPLS-TP中的OAM和APS机制被保留下来，同时考虑面向SDN进行演进需要采用SR技术，因此在原有的SR-TE的基础上进行了扩展：
- SR-TP在SR-TE基础上增加一层端到端标识业务流的标签，此标签是由宿节点向源节点分配的本地标签，实现隧道端到端管理。
- 检测上，SR-TP继承之前PTN静态CR隧道的OAM技术，可以实现端到端隧道检测。
- 保护上，SR-TP继承之前PTN静态CR隧道的APS技术，实现主备隧道端到端的保护倒换。
一句话总结，SR-TP就是在SPN网络中，结合PTN的MPLS-TP隧道技术和IP化网络中的SR-TE隧道技术诞生出来的。MPLS-TP、SR-TP、SR-BE三种技术各有特点，各自具有不同的应用场景。
隧道技术 |
连接数 |
TE能力 |
典型场景 |
|---|---|---|---|
MPLS-TP |
小 |
有 |
集客专线、PTN与SPN网络互通等 |
SR-TP |
中 |
有 |
SPN网络5G 2C、5G 2B南北向流量、云网专线等 |
SR-BE |
大 |
无 |
SPN网络5G 2C、5G 2B东西向流量 |
SR-TP隧道是如何工作的？
SR-TP隧道的工作原理
SR-TP隧道技术的工作原理可以分为以下几步：
- 拓扑收集与标签分配：首先在设备上分别使能IS-IS和SR，相互之间建立邻居，控制器为网络中每条链路分配本地邻接标签（图示Adj 1/2/3/4/5）。邻接标签通过IS-IS的SR协议扩展，泛洪到整个网络中，当设备与控制器之间配置BGP-LS协议，BGP-LS引入带有SR标签信息的拓扑，向控制器上报。
- 隧道创建：控制器基于SR-TP的隧道属性，通过路径计算单元PCE（Path Computation Element，路径计算单元）进行类似普通TP的路径计算，将整条路径的邻接标签整合在一起，生成一个标签栈，即算路结果（图示Adj 1->Adj 2->Adj 3->Adj 4->Adj 5）。控制器通过NETCONF（Network Configuration Protocol，网络配置协议）和PCEP（Path Computation Element Protocol，路径计算单元通信协议）分别将隧道配置信息和标签栈下发给转发器，转发器根据控制器下发的隧道配置和标签栈信息建立SR-TP隧道。
- 数据转发：转发器根据SR-TP隧道对应的标签栈，对报文进行标签操作，并根据栈顶标签逐跳查找转发出接口，指导数据报文转发到隧道目的地址。网络中间P节点接收到报文后，匹配邻接标签表找到业务转发出接口，剥离外层标签后转发给下一跳，当宿节点收到的报文外层标签为宿节点分配出去的隧道标签（Path SID），终结隧道。
SR-TP隧道转发模型
SPN设备转发标签栈能力存在10层标签的能力限制问题，可以支持含源宿节点共12台设备的隧道，当超过12台设备时，通过标签粘连机制增加SR-TP隧道路径跳数。为了减少源节点加入标签层数，由控制器协同中间节点（图示SPN_11）向源节点分配特殊Binding标签，源节点生成SR-TP隧道标签转发路径时，仅需压入源节点至中间节点邻接标签和特殊Binding标签。报文转发至中间节点时，通过识别特殊Binding标签“翻译”出中间节点至宿节点邻接标签栈，基于新的标签栈继续转发。
SR-TP隧道标签粘连机制
SR-TP隧道的保护机制
SR-TP隧道继承了MPLS-TP的APS和OAM机制，那么SR-TP隧道的保护机制又是如何工作呢？
SR-TP APS通过SR-TP OAM检测机制检测工作隧道、保护隧道的状态，隧道的源节点周期性发送OAM检测报文，在宿节点接收检测报文。当宿节点在一定周期未收到检测报文时，认为隧道链路的信号失效，触发APS倒换，并通告源节点APS模块，触发源节点倒换实现业务保护。当满足以下任一条件时，触发SR-TP APS 1:1保护倒换：
- 工作链路故障
- 单板硬件故障
- 单板硬复位
- 人工下发倒换命令
- 以太口误码率超出设置的门限
那在链路质量差导致工作隧道和保护隧道均有故障时，是否还有其他备用隧道可以工作呢？
SR-TP隧道重路由功能可以解决此类问题，提升重点业务的隧道可靠性。SR-TP隧道的重路由就是对SR-TP APS功能的增强，用户在设备上配置了主备两条路由，且主备路由信息一起被写入转发表项。当主用路由故障，设备根据转发表项先将流量切换到备用路由上。SR-TP隧道支持硬锁定、软锁定、不锁定三种模式。
- 硬锁定，顾名思义，在任何场景下隧道均不会重路由。
- 软锁定，隧道路径不会主动响应拓扑变化，只有隧道故障后触发重路由，故障消失后隧道自动恢复原路径。
- 不锁定，在路径故障后隧道基于最新BGP拓扑重新进行路径计算。
对于重点业务，其承载隧道部署SR-TP APS保护，可以将对应的工作SR-TP隧道部署为硬锁定，保护SR-TP隧道部署为软锁定。
如图所示，在PE1节点配置了指向CE2的主备两条路由，主用路由的出接口有工作和保护两条隧道，备用路由的出接口即为重路由隧道。正常情况下的工作路径为：CE1 -> PE1 -> PE2 -> CE2，当PE1和PE2节点链路上发生故障时，PE1通过OAM感知故障，触发SR-TP APS保护倒换，切换到保护SR-TP隧道上，切换后的路径变为：CE1 -> PE1 -> PE3 -> PE2 -> CE2。当PE2节点设备故障时，保护SR-TP隧道也失效，PE1节点通过OAM感知故障，切换到保护SR-TP重路由隧道上，切换后的路径变为：CE1 -> PE1 -> PE3 -> CE2。由于保护隧道为软锁定模式，在故障恢复后即可恢复原来的工作隧道。
SR-TP隧道保护
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- 作者： 钱莉莉
- 最近更新： 2023-10-08
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